膈肌入路胸腔镜下肺切除术后并发症发生风险模型的构建

林勇龙，王耿杰，马良赟，廖泽飞

(中国人民解放军联勤保障部队第九一〇医院胸外科，福建 泉州 362000)

肺小结节位于肺实质，影像学表现为密度增高的阴影，其周围完全被含气肺组织包绕，为不规则形或类圆形，是直径在3 cm及以下的单发或多发肺部病灶，检出率为8%～51%，且呈逐年上升趋势[1-2]。肿瘤因素、感染性因素等均是肺小结节的常见病因。8%～12%的肺小结节患者表现为恶性病变，且可能伴淋巴结肿大或肺不张，影响患者的生命健康[3]。因此，早期治疗是改善患者预后的关键,而手术仍是目前治疗肺小结节的主要方式。随着快通道外科理念的推广，胸腔镜下肺切除术被广泛应用于肺部疾病的治疗，具有创口小、疗效确切、患者疼痛轻、术后并发症少、术后恢复快、安全性高等优点。入路方式也随着胸腔镜手术的经验积累逐步得到扩展和完善，其中经膈肌入路胸腔镜手术在胸心外科疾病的治疗中取得了满意的效果，术中不用更换患者体位及切口，节约了手术时间[4]。但患者术后并发症的发生仍不可避免，易延长患者重症监护病房的过渡时间和住院时间，增加院内病死率，影响手术治疗效果及患者的预后[5]。目前，国内外对于影响肺小结节患者术后并发症因素的研究较少，且尚未达成共识。本研究探讨了肺小结节患者经膈肌入路胸腔镜下肺切除术后发生并发症的影响因素，并构建风险预测模型，以期为临床个性化治疗方案的制定及患者预后改善提供参考。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择2020年3月至2022年3月于我院行经膈肌入路胸腔镜下肺切除术的100例肺小结节患者作为研究对象，根据术后并发症发生情况将其分为并发症组(22例)和无并发症组(78例)。并发症组男12例，女10例；年龄40～75岁，平均(62.39±5.87)岁。无并发症组男47例，女31例；年龄40～75岁，平均(58.69±5.63)岁。

1.2 纳入标准与排除标准

纳入标准：①符合肺小结节的诊断标准[6]，且经血液检查、活体组织病理检查、CT检查等方式确诊；②术前未接受放化疗；③符合经膈肌入路胸腔镜下肺切除术适应证；④临床资料完整。排除标准：①病灶直径超过3 cm；②存在肝、肾功能障碍；③存在肿瘤远处转移；④患有严重心、脑、肺血管疾病；⑤凝血功能异常；⑥伴明显淋巴结肿大；⑦患有精神疾病或存在沟通障碍。

1.3 手术方法

患者取健侧卧位，双腔气管插管，单肺通气。采用电刀在患者患侧膈肌上切开长约4 cm的操作孔作为观察孔并置入胸腔镜，探查肺小结节病灶情况。依据病灶大小、深度、范围、术中淋巴结采样结果及浸润情况采取肺叶切除术、肺段切除术或楔形切除术。

1.4 观察指标

收集患者年龄、性别、BMI、吸烟史、饮酒史、入院时的收缩压和舒张压、高血压、糖尿病、冠心病、肿瘤家族史、病程、病灶大小、病灶位置(右肺上叶、中叶、下叶及左肺上叶、下叶)、美国麻醉医师协会(American Society of Anesthesiologists，ASA)分级(Ⅰ级或Ⅱ级)等临床资料。术前采集患者外周静脉血3 mL，3 000 r/min离心10 min获得血清，采用AU5421全自动生化分析仪(美国贝克曼库尔特公司)及配套试剂检测血清白蛋白水平，采用CA7000凝血分析仪(日本sysmex公司)及配套试剂检测D-二聚体、纤维蛋白原(fibrinogen，Fib)水平等实验室检查指标。分别于患者手术前后采用MasterScreen PFT System肺功能仪(德国耶格公司)检测1秒用力呼气容积(forced expiratory volume in one second，FEV1)、用力肺活量(forced vital capacity，FVC)和最大通气量(maximal voluntary ventilation，MVV)等肺功能指标。记录患者的肺切除方法(肺叶切除、肺段切除、楔形切除)、手术时间、术中出血量、单肺通气时间、术后住院时间、术后引流量、胸管留置时间等手术相关指标。记录患者术后7 d内的并发症发生情况，包括肺部并发症和下肢静脉血栓。

1.5 统计学方法

2 结果

2.1 肺功能指标及术后并发症发生情况

100例肺小结节患者术后FEV1、FVC、MVV较术前均明显降低，差异具有统计学意义(P<0.05)，见表1。患者术后出现并发症22例(22.00%)，其中，肺部并发症13例，下肢静脉血栓9例。

表1 患者手术前后肺功能指标比较(n=100，%)

2.2 2组患者临床资料比较

2组患者的年龄、BMI、吸烟史、术前白蛋白、术前D-二聚体、术前Fib、术中出血量、单肺通气时间比较，差异具有统计学意义(P<0.05);2组患者的性别、饮酒史、收缩压、舒张压、高血压、糖尿病、冠心病、肿瘤家族史、病程、病灶大小、病灶位置、ASA分级、肺切除方法、手术时间、术后住院时间、术后引流量、胸管留置时间比较，差异无统计学意义(P>0.05)，见表2。

表2 2组患者临床资料比较

2.3 多因素Logistic回归分析影响患者术后并发症发生的因素

将上述并发症组与无并发症组组间差异具有统计学意义的指标作为自变量，将患者术后并发症发生情况(无并发症=0，有并发症=1)作为因变量，采用逐步回归法筛选变量进行多因素Logistic回归分析，结果显示，年龄>60岁、BMI>25 kg/m2、吸烟史、术前白蛋白<35 g/L、术前D-二聚体>250 μg/L、术中出血量>100 mL、单肺通气时间>2 h是导致患者术后并发症发生的危险因素(P<0.05)，见图1。

图1 多因素Logistic回归分析影响患者术后并发症发生因素的森林图

2.4 XGboost的构建

纳入上述影响患者术后并发症发生的危险因素构建XGboost模型，结果显示，BMI、术前D-二聚体、年龄、术前白蛋白、单肺通气时间、吸烟史、术中出血量的特征权值分别为0.52、0.46、0.41、0.35、0.29、0.25和0.18，见图2。

图2 XGboost构建

2.5 XGboost的评价

分别采用校准曲线和临床决策曲线评价模型的准确性和有效性，结果如图3所示，当事件发生率为10%、39%、67%时，模型预测值和实际观测值完全一致；当事件发生率在10%以下、39%～67%时，模型高估风险；当事件发生率在10%～39%、67%～100%时，模型低估风险，模型预测的准确性较高(图3a)。预测患者术后并发症发生的XGboost模型净获益值较高，有效性较好(图3b)。

a：校准曲线；b：临床决策曲线

2.6 SHAP模型分析

采用SHAP法对XGboost模型进行进一步分析，结果如图4所示，术前D-二聚体(0.74)、术前白蛋白(0.68)、吸烟史(0.56)、BMI(0.47)的SHAP绝对值均较高，特征权重排序位于前4位。在SHAP值的分布区域分布较宽(红色为值大，蓝色为值小，紫色为邻近均值)，对模型的影响较大，SHAP值越大，术后并发症发生风险越高。

a：特征权重排序；b：变量散点图

3 讨论

随着空气污染的加重、人们健康意识的不断提升及CT技术的广泛应用，肺小结节等肺部疾病的检出率呈逐年上升趋势[7]。炎症、霉菌、出血、结核、亚段肺不张等良性肺部病变均是导致肺小结节发生的重要因素，肺小结节还可能发展为恶性病变[8]。随着胸腔镜手术及多种手术入路方式的广泛应用，肺小结节患者的治疗效果和安全性显著提高[9]。本研究采用经膈肌入路胸腔镜下肺切除术治疗肺小结节能够明显改善患者的肺功能指标，疗效显著，但仍有22.00%的患者术后出现并发症。肺小结节患者术后并发症主要包括肺部并发症和下肢静脉血栓，肺部并发症包括胸腔积液、肺炎、肺不张及呼吸衰竭，随着胸腔镜微创技术的发展及肺保护性通气策略的应用，术后肺部并发症的发生率已大大降低，但仍有12%～50%的患者会出现术后肺部并发症，增加了患者术后病死率[10]。下肢静脉血栓也是肺小结节患者胸腔镜下肺切除术后的常见并发症，会使患者发生静脉血回流障碍，甚至出现下肢缺血性坏死。因此，探讨影响患者术后并发症发生的危险因素，可为术前采取针对性干预措施及术后给予相应的缓解措施提供参考，以提升手术疗效，改善患者预后。

张耀莹等[11]研究发现，年龄、术中出血量与肺癌患者胸腔镜肺切除术后肺部并发症的发生明显相关。本研究中，年龄>60岁、术中出血量>100 mL是肺小结节患者术后并发症发生的危险因素。高龄患者的免疫功能及身体机能均明显下降，机体防御系统也明显减弱，增加了术后肺部并发症的发生风险，且高龄患者的血管内膜粗糙，术后活动量进一步减少，容易诱发血栓形成。术中出血过多提示手术操作过程中对患者机体的损伤较大，对免疫反应相关细胞的增殖和功能造成不利影响，抑制了机体免疫应答，进而增加了患者的炎症易感性，最终导致术后并发症的发生。此外，术中出血过多的患者需大量补液，易使残肺的毛细血管静水压增大，导致术后肺不张和肺水肿的发生，同时还会使患者血液黏稠度增加，更容易发生血栓。本研究结果显示，术前白蛋白<35 g/L、单肺通气时间>2 h与患者术后并发症的发生密切相关，与孙梦寒等[12]的研究结果基本一致。血清白蛋白是反映患者营养状况的重要指标，在患者术后康复过程中发挥着修复损伤、抗炎、抗氧化、维持正常渗透压等作用，血清白蛋白水平下降能够间接反映出患者机体炎症程度增加[13-14]，并提示术后并发症发生风险增加。单肺通气时间过长容易对通气肺造成机械牵张性损伤，使非通气侧肺发生氧化应激损伤，增加肺部炎症细胞的浸润并促进氧自由基的产生[15]，从而增加患者术后肺部并发症的发生。程少毅等[16]的研究结果显示，吸烟史与胸腔镜下肺叶切除术后肺部并发症的发生明显相关，本研究也进一步证实了这一结论。长期吸烟的患者呼吸道受到一定程度的损伤，气道黏膜清除能力下降，易导致肺部并发症的发生，吸烟还会影响患者的血小板体积和膜流动性，从而促进血栓的发生[17]。研究表明，除年龄、术中失血量外，血清D-二聚体水平也与肺小结节患者胸腔镜下肺切除术后并发症的发生密切相关[18]。本研究结果显示，术前D-二聚体>250 μg/L是影响肺小结节患者术后并发症发生的危险因素。血清D-二聚体水平升高提示患者机体处于高凝状态，再加上患者术后长期卧床，增加了下肢静脉血栓的发生风险。张耀莹等[11]认为，BMI<22.5 kg/m2是肺癌患者胸腔镜肺切除术后肺部并发症发生的危险因素。但本研究结果显示，BMI>25 kg/m2与患者术后并发症的发生密切相关，对此，我们猜测导致研究结论存在差异的原因可能与本研究中部分患者术后发生下肢静脉血栓有关，而肥胖是血栓形成的高危因素[19]。

本研究进一步构建了预测患者术后并发症发生的XGboost模型，该模型具有较高的准确性和有效性。但XGboost表现为黑箱模型，因此，本研究采用SHAP法量化每个风险因素对XGboost的贡献程度，从而更好地解释各个风险因素对患者术后并发症发生的影响，结果显示，术前D-二聚体、术前白蛋白、吸烟史、BMI对模型的影响较大。

综上所述，经膈肌入路胸腔镜下肺切除术可明显改善肺小结节患者的肺功能，疗效显著。年龄>60岁、BMI>25 kg/m2、吸烟史、术前白蛋白<35 g/L、术前D-二聚体>250 μg/L、术中出血量>100 mL、单肺通气时间>2 h是影响患者术后并发症发生的危险因素。术前应采取相应措施纠正上述异常指标，叮嘱患者术前戒烟；对于高龄患者，术前应对其功能状态进行综合评估，选择合适的手术方式；同时，应提高术者的操作水平，尽可能缩短手术时间，减轻对患者机体的损伤程度，减少术中出血量；此外，还应鼓励患者术后尽早进行锻炼，以促进患者术后恢复。